Історія

Лекція 1. Загальні відомості про верстати з ЧПУ

Під управлінням верстатом прийнято розуміти сукупність впливів на його механізми, що забезпечують виконання технологічного циклу обробки, а під системою управління - пристрій або сукупність, що реалізують ці впливи.

Числове програмне керування (ЧПУ) - це управління, при якому програму задають у вигляді записаного на якому носії масиву інформації. Керуюча інформація для систем ЧПУ є дискретною і її обробка в процесі управління здійснюється цифровими методами. Управління технологічними циклами практично повсюдно здійснюється за допомогою програмованих логічних контролерів, що реалізуються на основі принципів цифрових електронних обчислювальних пристроїв.

Змінювані програми, нанесені на перфокарти за допомогою двійкового коду, використовувалися вже в жакардові ткацькому верстаті, створення в 1801 році.

Винахідником першого верстата з числовим (програмним) управлінням (англ. Numerical Control, NC) є Джон Персонс (John T. Parsons), що працював інженером в компанії свого батька Parsons Inc, що випускала в кінці Другої світової війни пропелери для вертольотів. Він вперше запропонував використовувати для обробки пропелерів верстат, що працює за програмою, що вводиться з перфокарт.

У 1949 році ВПС США профінансували Parsons Inc розробку верстата для контурного фрезерування складних за формою деталей авіаційної техніки. Однак, компанія не змогла самостійно виконати роботи і звернулася за допомогою в лабораторію сервомеханікі Массачусетського технологічного інституту (MIT). Співпраця Parsons Inc з MIT тривало до 1950 року. У 1950 році MIT придбав компанію з виробництва фрезерних верстатів Hydro-Tel і відмовився від співпраці з Parsons Inc, уклавши самостійний контракт з ВПС США на створення фрезерного верстата з програмним управлінням.

У вересня 1952 року верстат був вперше продемонстрований публіці - про нього була надрукована стаття в журналі Scientific American. Верстат управлявся за допомогою перфострічки.

Перший верстат з ЧПК відрізнявся особливою складністю і не міг бути використаний у виробничих умовах. Перше серійне пристрій ЧПУ було створено компанією Bendix Corp. в 1954 році і з 1955 року стало встановлюватися на верстати. Широке впровадження верстатів з ЧПУ йшло повільно. Підприємці з недовірою ставилися до нової техніки. Міністерство оборони США змушене було на свої кошти виготовити 120 верстатів з ЧПУ, щоб передати їх в оренду приватним компаніям.

Першими вітчизняними верстатами з ЧПУ промислового застосування є токарно-гвинторізний верстат 1К62ПУ і прокатні 1541П. Ці верстати були створені в першій половині 1960-х років. Верстати працювали спільно з керуючими системами типу ПРС-3К та іншими. Потім були розроблені вертикально-фрезерні верстати з ЧПУ 6Н13 з системою управління «Контур-ЗП». У наступні роки для токарних верстатів найбільшого поширення набули системи ЧПУ вітчизняного виробництва 2Р22 і Електроніка НЦ-31.

Числове програмне керування також характерно для систем управління сучасними промисловими роботами.

Абревіатура ЧПУ відповідає двом англомовним - NC і CNC, - відбиваючим еволюцію розвитку систем управління обладнанням.

Системи типу NC (англ. Numerical control), що з'явилися першими, передбачали використання жорстко заданих схем управління обробкою - наприклад, завдання програми за допомогою штекерів або перемикачів, зберігання програм на зовнішніх носіях. Будь-яких пристроїв оперативного зберігання даних, керуючих процесорів не передбачалося.

Більш сучасні системи ЧПУ, звані CNC (англ. Computer numerical control) - системи управління дозволяють використовувати для модифікації існуючих / написання нових програм програмні засоби. Базою для побудови CNC служать сучасний (мікро) контролер або (мікро) процесор:

мікроконтролер,

контролер з програмованої логікою,

керуючий комп'ютер на базі мікропроцесора.

Можлива реалізація моделі з централізованим автоматизованим робочим місцем (наприклад, ABB Robot Studio, Microsoft Robotics Developer Studio) з подальшим завантаженням програми за допомогою передачі з промислової мережі.

Системи ЧПУ практично витісняють інші типи систем управління.

За технологічним призначенням і функціональним можливостям системи ЧПУ поділяють на чотири групи:

• позиційні, в яких задають тільки координати кінцевих точок положення виконавчих органів після виконання ними певних елементів робочого циклу;

• контурні, або безперервні, керуючі рухом виконавчого органу по заданій криволінійній траєкторії;

• універсальні (комбіновані), в яких здійснюється програмування як переміщень при позиціонуванні, так і руху виконавчих органів по траєкторії, а також зміни інструментів і завантаження-вивантаження заготовок;

• багатоконтурні системи, що забезпечують одночасне або послідовне управління функціонуванням ряду вузлів і механізмів верстата.

Прикладом застосування систем ЧПУ першої групи є свердлильні, розточні і координатно-розточувальні верстати. Прикладом другої групи служать системи ЧПУ різних токарних, фрезерних і круглошліфувальних верстатів. До третьої групи відносяться системи ЧПУ різних багатоцільових токарних і свердлильно-фрезерно-розточувальних верстатів.

До четвертої групи належать безцентрового круглошліфувальні верстати, в яких від систем ЧПУ управляють різними механізмами: правки, подачі бабок і т.д. Існують позиційні, контурні, комбіновані і багатоконтурні (ріс.ЧПУ.1, а) цикли управління.

Рис.1 Розташування осей координат у верстатах з ЧПУ (а); правостороння система координат (б)

За способом підготовки і введення керуючої програми розрізняють так звані оперативні системи ЧПУ (в цьому випадку керуючу програму готують і редагують безпосередньо на верстаті, в процесі обробки першої деталі з партії або імітації її обробки) і системи, для яких керуюча програма готується незалежно від місця обробки деталі. Причому незалежна підготовка керуючої програми може виконуватися або за допомогою засобів обчислювальної техніки, що входять до складу систем ЧПУ даного верстата, або поза нею (вручну або за допомогою системи автоматизації програмування).

Програмовані контролери-це пристрої управління Електроавтоматика верстата. Більшість програмованих контролерів мають модельну конструкцію, до складу якої входять джерело живлення, процесорний блок і програмована пам'ять, а також різні модулі входів / виходів. Для створення і налагодження програм роботи верстата застосовують програмуючі апарати. Принцип роботи контролера: опитуються необхідні входи / виходи і отримані дані аналізуються в процесорному блоці. При цьому вирішуються логічні завдання і результат обчислення передається на відповідний логічний або фізичний вихід для подачі в відповідний механізм верстата.

У програмованих контролерів використовують різні типи пам'яті, в якій зберігається програма електроавтоматики верстата: електричну перепрограммируемую незалежну пам'ять; оперативну пам'ять з вільним доступом; стирається ультрафіолетовим випромінюванням і електрично перепрограммируемую.

Програмований контролер має систему діагностики: входів / виходів, помилки в роботі процесора, пам'яті, батареї, зв'язку та інших елементів. Для спрощення пошуку несправностей сучасні інтелектуальні модулі мають самодіагностику. Программоносітель може містити як геометричну, так технологічну інформацію. Технологічна інформація забезпечує певний цикл роботи верстата, а геометрична - характеризує форму, розміри елементів оброблюваної заготовки та інструменту та їх взаємне положення в просторі.

Верстати з програмним управлінням (ПУ) з вигляду управління підрозділяють на верстати і системами циклового програмного керування (ЦПУ) і верстати з системами числового програмного керування (ЧПУ). Системи ЦПУ більш прості, так як в них програмується тільки цикл роботи верстата, а величини робочих переміщень, тобто геометрична інформація, задаються спрощено, наприклад за допомогою упорів. У верстатах з ЧПК управління здійснюється від программоносителя, на який в числовому вигляді занесена і геометрична, і технологічна інформація.

В окрему групу виділяють верстати з цифровою індикацією і попереднім набором координат. У цих верстатах є електронний пристрій для завдання координат потрібних точок (попереднім набором координат) і хрестовий стіл, забезпечений датчиками положення, який дає команди на переміщення до необхідної позиції. При цьому на екрані висвічується кожне поточне положення столу (цифрова індикація). У таких верстатах можна застосовувати або переднабору координат або цифрову індикацію; вихідну програму роботи задає верстатник.

У моделях верстатів з ПУ для позначення ступеня автоматизації додається літера Ф з цифрою: Ф1-верстати з цифровою індикацією і попереднім набором координат; Ф2-верстати з позиційними і прямокутними системами чпу; Ф3-верстати з контурними системами ЧПУ і Ф4-верстати з універсальною системою ЧПУ для позиційної і контурної обробки. Особливу групу складають верстати, що мають ЧПУ для багатоконтурною обробки, наприклад безцентрового круглошліфувальні верстати. Для верстатів з цикловими системами ПУ в позначенні моделі введений індекс Ц, з оперативними системами - індекс Т (наприклад, 16К2Т1).

Системи числового програмного керування (СЧПУ)-це сукупність спеціалізованих пристроїв, методів і засобів, необхідних для здійснення ЧПУ верстатами. Пристрій ЧПУ (УЧПУ) верстатами - це частина СЧПУ, виконана як єдине ціле з нею і здійснює видачу керуючих впливів за заданою програмою.

У міжнародній практиці прийняті наступні позначення: NC-ЧПУ; HNC-різновид ЧПУ із завданням програми оператором з пульта за допомогою клавіш, перемикачів і т.д.; SNS-пристрій ЧПУ, що має пам'ять для зберігання всієї керуючої програми; CNC-управління автономним верстатом з ЧПУ, зміст міні-ЕОМ або процесор; DNS-управління групою верстатів від загальної ЕОМ.

Для верстатів з ЧПУ стандартизовані напрямку переміщення та їх символіка. Стандартом ISO-R841 прийнято за позитивний напрямок переміщення елемента верстата вважати те, при якому інструмент або заготовка відходять один від іншого. Вихідною віссю (вісь Z) є вісь робочого шпинделя. Якщо ця вісь поворотна, то її положення вибирають перпендикулярно площини кріплення деталі. Позитивно напрямок осі Z-від пристрою кріплення деталі до інструмента. Тоді осі X і Y розташовані так, як це показано на ріс.ЧПУ.1.

Використання конкретного виду обладнання з ЧПУ залежить від складності виготовлення деталі і серійності виробництва. Чим менше серійність виробництва, тим більшу технологічну гнучкість повинен мати верстат.

При виготовленні деталей зі складними просторовими профілями в одиничному і дрібносерійному виробництві використання верстатів з ЧПУ є майже єдиним технічно виправданим рішенням. Це обладнання доцільно застосовувати у випадку, якщо неможливо швидко виготовити оснастку. У серійному виробництві також доцільно використовувати верстати з ЧПУ. Останнім часом широко використовують автономні верстати з ЧПУ або системи з таких верстатів в умовах переналагоджуваної багатосерійного виробництва.

Принципова особливість верстата з ЧПУ - це робота з керуючої програмі (УП), на якій записані цикл роботи обладнання для обробки конкретної деталі та технологічні режими. При зміні оброблюваної на верстаті деталі необхідно просто змінити програму, що скорочує на 80... 90% трудомісткість переналагодження в порівнянні з трудомісткістю цієї операції на верстатах з ручним управлінням.

Основні переваги верстатів з ЧПУ:

• продуктивність верстата підвищується в 1,5... 2,5 рази порівняно з продуктивністю аналогічних верстатів з ручним управлінням;

• поєднується гнучкість універсального обладнання з точністю і продуктивністю верстата-автомата;

• знижується потреба у кваліфікованих робочих верстатниках, а підготовка виробництва переноситься в сферу інженерної праці;

• деталі, виготовлені за однією програмою, є взаємозамінними, що скорочує час прігоночних робіт у процесі складання;

• скорочуються терміни підготовки і переходу на виготовлення нових деталей завдяки попередній підготовці програм, більш простий і універсальною технологічної оснащенні;

• знижується тривалість циклу виготовлення деталей і зменшується запас незавершеного виробництва.

Дата добавления: 2014-11-09